基于滑動(dòng)散射中心的雙/多基地雷達(dá)圖像ps點(diǎn)關(guān)聯(lián)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于滑動(dòng)散射中心的雙/多基地雷達(dá)圖像PS點(diǎn)關(guān)聯(lián)方法，屬于雙 /多基地合成孔徑雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 合成孔徑雷達(dá)（SAR)是一種全天時(shí)、全天候的高分辨率微波遙感成像雷達(dá)，可安 裝在飛機(jī)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈等飛行平臺(tái)上。自上世紀(jì)50年代發(fā)明以來，已經(jīng)在很多領(lǐng)域取得了越 來越廣泛的應(yīng)用，例如災(zāi)害控制、植被分析、微波遙感等領(lǐng)域。
[0003] 雙/多基地SAR(Bistatic/Multistatic SAR)是目前新興的一種雷達(dá)體制，其特 點(diǎn)是發(fā)射平臺(tái)與接收平臺(tái)在空間上分置。該雷達(dá)體制具有多方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：部分雷達(dá)作 為發(fā)射機(jī)，其余雷達(dá)作為接收機(jī)形成雷達(dá)組網(wǎng)可以從側(cè)視、前視、下視及后視等方向獲取目 標(biāo)的散射信息，結(jié)合各個(gè)雷達(dá)自身得到的單基地視角可接收多個(gè)不同角度的回波信號(hào)，實(shí) 現(xiàn)對(duì)目標(biāo)多個(gè)方向上的散射特性的有效觀測(cè)，得到更加豐富的角度信息，有利于目標(biāo)的分 類識(shí)別；同時(shí)，利用多個(gè)接收平臺(tái)共同觀測(cè)的方式，可實(shí)現(xiàn)多基線干涉SAR測(cè)量高程信息和 測(cè)量運(yùn)動(dòng)速度等。
[0004] 然而兩部雷達(dá)從差異較大的兩個(gè)視角觀測(cè)同一場(chǎng)景時(shí)，由于目標(biāo)散射特性的劇烈 起伏，導(dǎo)致兩幅雷達(dá)圖像去相關(guān)。無論是利用多角度信息提高成像質(zhì)量還是利用多平臺(tái)觀 測(cè)實(shí)現(xiàn)多基線干涉處理，都需要先對(duì)各個(gè)角度觀測(cè)的到的多幅雷達(dá)圖像進(jìn)行精確配準(zhǔn)。目 前同一部單基地雷達(dá)獲取的多幅圖像之間進(jìn)行配準(zhǔn)一般均選用永久散射點(diǎn)（PS點(diǎn)）技術(shù)， 但是對(duì)于多角度觀測(cè)下這一方法并不能達(dá)到精確配準(zhǔn)的效果。采用什么樣的方法能夠?qū)崿F(xiàn) 多角度觀測(cè)下的多幅雷達(dá)圖像之間的精確配準(zhǔn)這一全新的問題目前都尚無研宄涉及。
[0005] 多幅雷達(dá)圖像之間的PS點(diǎn)關(guān)聯(lián)是多幅雷達(dá)圖像之間配準(zhǔn)的基礎(chǔ)。我們的目標(biāo)是 結(jié)合滑動(dòng)散射中心模型提出一種雙/多基地雷達(dá)圖像PS點(diǎn)關(guān)聯(lián)方法，用于實(shí)現(xiàn)多角度雷達(dá) 圖像之間的精確配準(zhǔn)。
[0006] 光滑目標(biāo)上的一次散射中心會(huì)隨著雷達(dá)視線的變化在目標(biāo)表面滑動(dòng)，因此稱作滑 動(dòng)散射中心，它表征目標(biāo)的表面輪廓特征。由菲涅耳定律可知，滑動(dòng)散射中心位于目標(biāo)輪廓 上的鏡面反射點(diǎn)。
[0007] 大部分情況下，光滑PS點(diǎn)目標(biāo)的整體散射可以用分布散射0(l(x， y)= (f(x，y))等效替代，其中f(x，y)為目標(biāo)輪廓函數(shù)。根據(jù)SAR的空間譜理論，不同合成 孔徑雷達(dá)觀測(cè)與Otl(Xj)在譜空間的不同區(qū)域存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0008] 記目標(biāo)在滑動(dòng)散射中心臨域內(nèi)的輪廓滑動(dòng)散射表示為〇()(x， y)。則單、雙基地雷 達(dá)所成的合成孔徑像二維可以寫成，
[0009] a,;,,(^^)-IFFT2(a(^,A.)ni2l;(^,A.))
[0010] 其中，6(?.)為〇Q(x，y)的傅里葉變換譜，心)eA'2' U。
[O5 else 基于雷達(dá)像與目標(biāo)輪廓譜之間的聯(lián)系，可以將不相干的三組雷達(dá)測(cè)量串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)PS點(diǎn) 關(guān)聯(lián)。
[0011] 我們基于上述理論提出一種適用于雙/多基地雷達(dá)圖像的PS點(diǎn)關(guān)聯(lián)方法，對(duì)于不 同角度觀測(cè)下的多幅SAR圖像進(jìn)行了精確配準(zhǔn)。這種配準(zhǔn)方法對(duì)多角度SAR圖像處理具有 重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明提出了一種基于滑動(dòng)散射中心的雙/多基地雷達(dá)圖像PS點(diǎn)關(guān)聯(lián)方法，用于 解決由于目標(biāo)散射特性的劇烈起伏導(dǎo)致的多部雷達(dá)從差異較大的不同視角觀測(cè)同一場(chǎng)景 時(shí)得到的雷達(dá)圖像之間去相關(guān)嚴(yán)重的問題，完成多角度雷達(dá)圖像之間的相干配準(zhǔn)處理。
[0013] 本發(fā)明方法是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0014] 一種基于滑動(dòng)散射中心的雙/多基地雷達(dá)圖像PS點(diǎn)關(guān)聯(lián)方法，包括以下步驟：
[0015] 步驟一，根據(jù)雙基地圖像PS點(diǎn)進(jìn)行拋物線擬合，得到雙基地圖像在S點(diǎn)的最佳擬 合拋物線；
[0016] 其中進(jìn)行拋物線擬合采用以下方法：將兩個(gè)方向上的雷達(dá)1和雷達(dá)2分別作為發(fā) 射機(jī)和接收機(jī)構(gòu)成一個(gè)雙基地SAR系統(tǒng)，利用雙基地SAR系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像處理得到雙 基地雷達(dá)圖像，用雙基地雷達(dá)圖像式.近似重構(gòu)目標(biāo)輪廓散射。;
[0017] 設(shè)兩部雷達(dá)分別從觀測(cè)角差距較大的兩條基線上觀測(cè)目標(biāo)，并且兩部雷達(dá)之間 作雙基地觀測(cè)；根據(jù)空間譜理論，目標(biāo)輪廓散射Ofj(Xj)由其對(duì)應(yīng)的二維波數(shù)域空間譜 等價(jià)表征；通過合成孔徑雷達(dá)對(duì)目標(biāo)輪廓。進(jìn)行觀測(cè)，在二維波數(shù)域表現(xiàn) 為對(duì)目標(biāo)空間譜的二維帶通濾波；從不同視角對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，在波數(shù)域體現(xiàn)在濾波器中 心波數(shù)在二維平面的角度上；將單、雙基地雷達(dá)觀測(cè)分別記為K1, K2, Kh2，則雙基地合成孔徑 雷達(dá)所成的二維圖像寫成：
[0018]心（.rj) = IFFT2(d(/>/7)12 (々,,/:,))
[0019] 其中，為。。(x，y)的傅里葉變換譜，Π 12(Κ.)= 由于
[0, else 含PS點(diǎn)的備選目標(biāo)通常為自然目標(biāo)，其幾何輪廓0()(x，y)無法精確測(cè)定，因此采用數(shù)據(jù)擬 合的方式對(duì)其近似重構(gòu)；
[0020] 在上述雙基地合成孔徑雷達(dá)圖像中，以滑動(dòng)散射中心S點(diǎn)為基準(zhǔn)，將該點(diǎn)附近的 輪廓函數(shù)近似展開成二次曲線即拋物線〇 p(x，y)的形式；以S為坐標(biāo)原點(diǎn)，以〇p(x，y)過 S點(diǎn)切線為u軸，以雙基地視線為V軸建立局部坐標(biāo)系，根據(jù)滑動(dòng)散射中心原理，u，V兩軸正 交，則〇p( x，y)寫成如下拋物線形式
[0021] σ0(χ, y) ^ 〇ρ(χ, y) = δ (v (x, y) ~au2 (x, y))
[0022] 其中，u(χ, y), ν(χ, y)為u-S-v系到x-S-y系的正交坐標(biāo)變換函數(shù)，a是唯一待估 計(jì)的拋物線輪廓參數(shù)；
[0023] 記 A(4，d=FFT2(o.乂I，，)）， 勺(< Λ) [\2 (々Λ)在譜空間的相似性，通過一維線性搜索確定參數(shù)a的取值，即
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于滑動(dòng)散射中心的雙/多基地雷達(dá)圖像PS點(diǎn)關(guān)聯(lián)方法，其特征在于，包括以 下步驟： 步驟一，根據(jù)雙基地圖像PS點(diǎn)進(jìn)行拋物線擬合，得到雙基地圖像在S點(diǎn)的最佳擬合拋 物線； 步驟二，根據(jù)得到的雙基地圖像在S點(diǎn)的最佳擬合拋物線進(jìn)行單基地圖像同名點(diǎn)檢 測(cè)； 步驟三，根據(jù)同名點(diǎn)檢測(cè)得到的對(duì)應(yīng)于同一個(gè)滑動(dòng)散射中心S的同名點(diǎn)進(jìn)行多角度圖 像配準(zhǔn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于滑動(dòng)散射中心的雙/多基地雷達(dá)圖像PS點(diǎn)關(guān)聯(lián)方法， 其特征在于，其中進(jìn)行拋物線擬合采用以下方法：將兩個(gè)方向上的雷達(dá)1和雷達(dá)2分別作為 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)構(gòu)成一個(gè)雙基地SAR系統(tǒng)，利用雙基地SAR系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像處理得到 雙基地雷達(dá)圖像，用雙基地雷達(dá)圖像忒.2(..〇·)近似重構(gòu)目標(biāo)輪廓散射。; 設(shè)兩部雷達(dá)分別從觀測(cè)角差距較大的兩條基線上觀測(cè)目標(biāo)，并且兩部雷達(dá)之間作雙基 地觀測(cè)；根據(jù)空間譜理論，目標(biāo)輪廓散射由其對(duì)應(yīng)的二維波數(shù)域空間譜Cf 等價(jià)表征；通過合成孔徑雷達(dá)對(duì)目標(biāo)輪廓Otj(Xj)進(jìn)行觀測(cè)，在二維波數(shù)域表現(xiàn)為對(duì)目標(biāo) 空間譜的二維帶通濾波；從不同視角對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，在波數(shù)域體現(xiàn)在濾波器中心波數(shù)在 二維平面的角度上；將單、雙基地雷達(dá)觀測(cè)分別記為K 1, K2, Kh2，則雙基地合成孔徑雷達(dá)所成 的二維圖像寫成： al2(.;>-)^IFFT2(a(/>/：r)n i2(/>/v)) 其中，（?(4Λ)為。。(x，y)的傅里葉變換譜，= 由于含PS [0, else 點(diǎn)的備選目標(biāo)通常為自然目標(biāo)，其幾何輪廓Otj(Xj)無法精確測(cè)定，因此采用數(shù)據(jù)擬合的 方式對(duì)其近似重構(gòu)； 在上述雙基地合成孔徑雷達(dá)圖像中，以滑動(dòng)散射中心S點(diǎn)為基準(zhǔn)，將該點(diǎn)附近的輪廓 函數(shù)近似展開成二次曲線即拋物線σ p(x，y)的形式；以S為坐標(biāo)原點(diǎn)，以σ p(x，y)過S點(diǎn) 切線為u軸，以雙基地視線為V軸建立局部坐標(biāo)系，根據(jù)滑動(dòng)散射中心原理，u, V兩軸正交， 則〇P(x，y)寫成如下拋物線形式 σ〇(χ, y) °p(x, y) = δ (v (x, y)-au2 (x, y)) 其中，u(χ, y), ν(χ, y)為u-S-v系到x-S-y系的正交坐標(biāo)變換函數(shù)，a是唯一待估計(jì)的 拋物線輪廓參數(shù)； 記 d"(心乂 ) = FFT2(^(..t·，少.))，Cfl 2 (/:,乂) = : ，基于 Cfl 2 (/>々)與 t 在譜空間的相似性，通過一維線性搜索確定參數(shù)a的取值，即
其中P (a'）表示參數(shù)選為a'時(shí)的拋物線輪廓函數(shù)，M · I I表示歐幾里德范數(shù)，〈·>表 示復(fù)相關(guān)；根據(jù)上面的搜索方式得到最優(yōu)的拋物線輪廓參數(shù)3即可得到雙基地圖像在S點(diǎn) 的最佳擬合拋物線σΡ(?>) (X，少)為 σι>! -η (y)=δ (1'(. ^ h ·//：'(- >'))
3. 如權(quán)利要求2所述的一種基于滑動(dòng)散射中心的雙/多基地雷達(dá)圖像PS點(diǎn)關(guān)聯(lián)方法， 其特征在于，擬合得到拋物線形的輪廓函數(shù)之后，根據(jù)S點(diǎn)鄰域內(nèi)擬合的輪廓函數(shù)，在兩幅 單基地雷達(dá)圖像上作滑窗搜索，完成兩幅圖像之間的同名點(diǎn)檢測(cè)；對(duì)于兩個(gè)角度的單基地 圖像，設(shè)其滑窗中心分別為N1 (Xl，yi)和N2 (x2, y2)，滑窗內(nèi)的單基地圖像分別為(不尤)和 (.^'），則其二維波數(shù)域的空間譜為
同時(shí)，由雙基地圖像擬合得到的拋物線圖像σΡ??)|(·τ，少)在兩部單基地雷達(dá)所在角度下 得到的觀測(cè)分別為 /?ν)π,(χ>/ν) 和 (々乂 )=弋,>)(々,乂 ) Π :乂） 基于空間譜?γ?? ft/:.；)、Cf'沁乂.；)與不同角度下的觀測(cè)到的擬合空間譜 dVMliK)、Α???κ)在二維波數(shù)域的相似性可以檢測(cè)同名點(diǎn)N1U1, y)和N2(x2, y 2)，即
其中，戶⑷是前一步已估計(jì)好的拋物線輪廓，和是取滑窗中 心為N1 (X1, yi)和隊(duì)〇^，72)時(shí)的單基地空間譜函數(shù)；兩幅圖像中的汍 為對(duì)應(yīng)于同一個(gè)滑動(dòng)散射中心S的同名點(diǎn)。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種基于滑動(dòng)散射中心的雙/多基地雷達(dá)圖像PS點(diǎn)關(guān)聯(lián)方法， 其特征在于，將兩幅圖像與雙基地圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，使PS點(diǎn)的兩個(gè)同名點(diǎn)與雙基地圖像中的 散射PS點(diǎn)S重合；記S在雙基地圖像中的坐標(biāo)為（?, y(l)，以雙基地圖像作為參考，對(duì)兩幅 圖像進(jìn)行移位，將^ (私太）和(?,Λ)移動(dòng)到S (x。，yQ);在二維空間域，此過程變現(xiàn)為兩 個(gè)方向上的偏移，即將兩幅圖像沿X軸正方向分別移動(dòng)·-與和4 -為，再沿y軸正方向分 別移動(dòng)Λ - Λ和少。-Λ，即
根據(jù)傅立葉變換的性質(zhì)，這一移位過程可以在波數(shù)域通過疊加線性相位快速實(shí)現(xiàn)
通過上面的操作，得到的〇 / (x，y)和〇 '2(x，y)即完成了單基地圖像與雙基地圖像之 間的配準(zhǔn)處理。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于滑動(dòng)散射中心的雙/多基地雷達(dá)圖像的PS點(diǎn)關(guān)聯(lián)方法，對(duì)于不同角度觀測(cè)下的多幅SAR圖像進(jìn)行了精確配準(zhǔn)，屬于雙/多基地合成孔徑雷達(dá)領(lǐng)域。該方法通過對(duì)雙基地圖像中的PS點(diǎn)目標(biāo)輪廓函數(shù)進(jìn)行拋物線擬合，得到近似的目標(biāo)輪廓散射函數(shù)；然后通過在單基地雷達(dá)圖像上做滑窗搜索，得到單基地圖像中的同名點(diǎn)；最后，根據(jù)搜索得到的同名點(diǎn)對(duì)單基地圖像進(jìn)行配準(zhǔn)。本方法充分利用了滑動(dòng)散射PS點(diǎn)目標(biāo)的特性，解決了傳統(tǒng)PS點(diǎn)配準(zhǔn)方法只能對(duì)單角度觀測(cè)圖像進(jìn)行精確配準(zhǔn)的難題，對(duì)多角度雷達(dá)圖像融合和干涉處理具有重要意義。
【IPC分類】G01S13-90
【公開號(hào)】CN104833971
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510178032
【發(fā)明人】曾濤, 胡程, 王晶陽, 向寅, 龍騰, 毛二可
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年4月15日